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1、1/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统现代制造系统现代制造系统现代制造系统现代制造系统第第 1 章章 先进制造系统总论先进制造系统总论第第 2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 第第 4 章章 先进设计技术先进设计技术第第 5 章章 先进制造装备及技术先进制造装备及技术 第第 6 章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 第第 7 章章 绿色设计与制造绿色设计与制造第第 8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统 第第 9 章章 制造系统展望制造系统展望 2/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式
2、 现代制造系统现代制造系统第第第第 3 3 章章章章 先进制造模式先进制造模式先进制造模式先进制造模式3.1 3.1 制造模式的类型与作用制造模式的类型与作用3.2 3.2 并行工程（并行工程（CECE）3.3 3.3 敏捷制造（敏捷制造（AMAM）3.4 3.4 可重构制造（可重构制造（RMRM）3.5 3.5 大量定制（大量定制（MCMC）3.6 3.6 成组技术（成组技术（GTGT）3.7 3.7 精益生产（精益生产（LPLP）3.8 3.8 计计 算算 机机 集集 成成 制制 造造（CIMCIM）3.9 3.9 虚拟制造（虚拟制造（VMVM）3.10 3.10 网络化制造（网络化制造（
3、NMNM）3.11 3.11 智能制造（智能制造（IMIM）3.12 3.12 几种制造模式的比较几种制造模式的比较3/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.1 NM3.10.1 NM的的发展发展3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理3.10.3 3.10.3 案例：重庆华洋案例：重庆华洋 与深圳模具与深圳模具NMNM的应用的应用 3.10 3.10 3.10 3.10 网络化制造（网络化制造（网络化制造（网络化制造（NMNMNMNM）4/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.1 NM3.10.1 N
4、M的发展的发展的发展的发展 经济全球化、因特网技术和先进制造技术的发展对网络化制造的产生有直接的影响，如图3-36所示。网络化制造(Networked Manufacturing，NM）是需求需求和技术技术的双轮驱动结果。图图3-36 3-36 网络化制造产生的背景网络化制造产生的背景因特网的发展因特网的发展先进制造系统先进制造系统及技术的发展及技术的发展网络化制造网络化制造系统及技术系统及技术经济全球化经济全球化5/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.1 NM3.10.1 NM的发展的发展的发展的发展网络技术促进网络技术促进NMNM的产生和发展的原
5、因的产生和发展的原因是：是：网网络络技技术术可可以以使使一一个个企企业业内内部部的的生生产产各各个个环环节节紧紧密密联联接接，统统一一考考虑虑；也也可可以以使使分分布布在在世世界界各各地地的企业生产的各个相关环节紧密连接，统一考虑。的企业生产的各个相关环节紧密连接，统一考虑。将将整整个个生生产产过过程程的的实实质质看看作作是是一一个个数数据据采采集集、传传递递和和加加工工处处理理的的过过程程，那那么么网网络络技技术术可可以以在在其其中中发发挥挥很很大大作作用用。通通过过网网络络，可可以以进进行行大大量量的的、大大范范围围的的、实实时时的的数数据据采采集集；通通过过网网络络，可可以以进进行行大大
6、量量数数据据的的远远程程传传递递；通通过过网网络络，可可以以对对数数据据进行异地协同处理。进行异地协同处理。6/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.1 NM3.10.1 NM的发展的发展的发展的发展随随着着经经济济全全球球化化和和信信息息技技术术高高速速发发展展，国国际际上上越越来来越越多多的的制制造造企企业业不不断断地地将将大大量量常常规规业业务务外外包包给给一一些些发发展展中中国国家家的的企企业业，只只保保留留最最核核心心或或关关键键的的业业务务（如如市市场场、关关键键系系统统设设计计、系系统统集集成成等等）在在本公司内进行。本公司内进行。例例如
7、如，美美国国波波音音飞飞机机公公司司开开发发波波音音747747客客机机采采用用了了网网络络化化制制造造模模式式。客客机机的的关关键键系系统统设设计计、系系统统集集成成、总总装装配配、销销售售等等核核心心业业务务在在公公司司本本部部完完成成，客客机机制制造造所所需需的的400400多多万万个个零零部部件件中中的的绝绝大大部部分分是是由由分分散散在在世世界界6565个个国国家家的的15001500多多个个大大型型企企业业和和1500015000多个中小型企业负责生产提供的。多个中小型企业负责生产提供的。7/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统1.NM1.NM的概
8、念的概念 2.NM2.NM的特点的特点3.NMS3.NMS的关键技术的关键技术 4.NMS4.NMS的实施、运行和维护的实施、运行和维护 3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理8/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理网网络络化化制制造造（NMNM）是是指指面面对对市市场场需需求求与与机机遇遇，针针对对某某一一个个特特定定产产品品，利利用用以以因因特特网网为为标标志志的的信信息息高高速速公公路路，灵灵活活而而快快速速地地组组织织社社会会制制造造资资源源（人人力力、设设备备、技技术术
9、、市市场场等等），按按资资源源优优势势互互补补原原则则，迅迅速速地地组组成成一一种种跨跨地地域域的的、靠靠电电子网络联系的子网络联系的、统一指挥的运营实体统一指挥的运营实体网络联盟。网络联盟。1.NM1.NM的概念的概念 它是制造业利用网络技术开展产品设计、制造、销售、采购、管理等一系列活动的总称，涉及企业生产经营活动的各个环节。9/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理电子财务经理电子财务经理电子生产经理电子生产经理产品研究开发产品研究开发电子采购经理电子采购经理电子销售经理电子销售经理电子用户支持电
10、子用户支持图图3-37 网络化制造概念网络化制造概念1.NM1.NM的概念的概念 10/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理网网络络化化制制造造系系统统（NMSNMS）意指企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施的基于网络的制造系统。网网络络化化制制造造技技术术（NMTNMT）是支持企业设计、实施、运行和管理基于网络的制造系统所涉及的所有技术的总称。1.NM1.NM的概念的概念 11/79第第 3 章章 先进制造模
11、式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理敏敏捷捷化化：其其对对市市场场环环境境快快速速变变化化带带来来的的不不确确定定性性作作出出的的快快速响应能力；速响应能力；分散化：分散化：资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；动态化：动态化：依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；协协作作化化：动动态态网网络络联联盟盟中中合合作作伙伙伴伴之之间间的的紧紧密密配配合合，共共同同快速响应市场和完成共同的目标；快速响应市场和完成共同的目标；集成化：集成化：制造系统中
12、各种分散资源能够实时地高效集成；制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成；数数字字化化：借借助助信信息息技技术术来来实实现现真真正正完完全全的的无无图图纸纸化化虚虚拟拟设设计和虚拟制造；计和虚拟制造；网络化：网络化：依靠电子网络作为支撑环境。依靠电子网络作为支撑环境。2.NM2.NM的特点的特点 12/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理综合技术：包括产品全生命周期管理、协同产品商务、大量定制和并行工程等；使能技术：包括：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）、计
13、算机辅助工艺过程设计（CAPP）、客户关系管理（CRM）、供应商关系管理（SRM）、企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）、供应链管理（SCM）、产品数据管理（PDM）等；基础技术：包括标准化技术、产品建模技术和知识管理技术等；支撑技术：包括计算机技术和网络技术等。3.NMS3.NMS的关键技术的关键技术 13/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理4.4.NMSNMS的的实实施施、运行和维护运行和维护 图图3-38 网络化制造系统的实施工作步骤网络化制造系统的实施工作步骤组织实施队伍、工作计划
14、制定、建立测试环境组织实施队伍、工作计划制定、建立测试环境自制设备自制设备操作培训操作培训准备数据准备数据制订编程约定制订编程约定测试技术培训测试技术培训安装调试设备安装调试设备完善文档、编写各类手册完善文档、编写各类手册人员培训人员培训系统鉴定、验收系统鉴定、验收建立数据库建立数据库编制应用软件编制应用软件编制数据库系统程序编制数据库系统程序安装系统软件安装系统软件调试程序并报告调试程序并报告调试数据库并报告调试数据库并报告安装工具软件安装工具软件先完成各个子系统的调试与测试；再进行整个系统的调试和测试先完成各个子系统的调试与测试；再进行整个系统的调试和测试系统运行与维护系统运行与维护系统总
15、体设计系统总体设计14/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.2 NM3.10.2 NM的原理的原理的原理的原理图图3-39 3-39 网络化制造系统的运行和维护步骤网络化制造系统的运行和维护步骤系统实施完成系统实施完成系统评价系统评价记录系统运行状况记录系统运行状况数据准备与录入；数据准备与录入；系统软件维护；系统软件维护；工具软件维护；工具软件维护；应用软件维护与完善；应用软件维护与完善；数据库系统维护与完善；数据库系统维护与完善；硬件资源维护硬件资源维护制定各类操作规程制定各类操作规程系统维护及应用人员培训系统维护及应用人员培训机构及人员调整机构
16、及人员调整制定各类维护规程制定各类维护规程4.4.NMSNMS的的实实施施、运行和维护运行和维护 15/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统重重庆庆华华洋洋集集团团电电力力产产品品网网络络化化协协同同开发支持系统开发支持系统深圳市模具网络化制造示范系统深圳市模具网络化制造示范系统 3.10.3 3.10.3 案例：重庆华洋案例：重庆华洋案例：重庆华洋案例：重庆华洋 与深圳模具与深圳模具与深圳模具与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用 16/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10.3 3.10.3 案例案例案例案例：重
17、庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用 该企业遇到以下几个主要问题该企业遇到以下几个主要问题：q重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统面对新产品开发速度加快和产品复杂程度提高，该企业感到自身的技术力量明显不足。每个订单产品的开发几乎都需要分散在异地的多个相关单位之间全方位协同合作，而在产品设计与制造过程中各个协作单位之间由于缺乏实时、有效的信息交流 手段企业提供的产品与客户个性化需求之间的不一致。17/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10
18、.3 3.10.3 案例案例案例案例：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用 为此，华洋集团与重庆大学合作，以电力产品生产为对象，共同开发了具有NMS特征的“电力产品网络化协同开发支持系统”，如图3-40所示。q重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统18/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统图图3-40 3-40 电力产品网络化协同开发支持系统结构图电力产品网络化协同开发支持系统结构图专家专家全球客户全球客户产品评价机产品评价机构构科研单位科研
19、单位专业电力设计院专业电力设计院因特网因特网外协企业外协企业产品功能设计师产品功能设计师产品原理设计师产品原理设计师产品结构设计师产品结构设计师其他部门人员其他部门人员电力产品生产电力产品生产企业内部网企业内部网区域宽带网区域宽带网电力产品网络化电力产品网络化协同开发支持系协同开发支持系统统虚拟产品虚拟产品(库库)科研单位科研单位 专家专家 客户客户3.10.3 3.10.3 案例案例案例案例：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用19/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统作作为为国国内内
20、最最大大的的模模具具生生产产基基地地之之一一，深深圳圳模模具具行行业业的的决决策策者者们们普遍认识到普遍认识到：总总体体上上，相相关关企企业业组组织织化化程程度度低低，大大部部分分模模具具企企业业规规模模小小 。需需要要改改变变深深圳圳模模具具行行业业的的落落后后状状况况，消消除除存存在在的的“散散、小小、弱弱”现象现象。q深圳市模具网络化制造示范系统深圳市模具网络化制造示范系统 在在深深圳圳市市生生产产力力促促进进中中心心的的牵牵引引下下，深深圳圳模模具具企企业业协协同同建立了深圳市建立了深圳市模具网络化制造示范系统模具网络化制造示范系统，如，如图图3-413-41所示。所示。3.10.3
21、3.10.3 案例案例案例案例：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用20/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q深圳市模具网络化制造示范系统深圳市模具网络化制造示范系统 交换机交换机防火墙防火墙路由器路由器邮件服务器邮件服务器数据库服务器数据库服务器FTPFTP服务器服务器代理服务器代理服务器Easy officeEasy office服务器服务器应用服务器应用服务器系统维护系统维护因特网因特网用户用户用户用户图图3-41 3-41 深圳模具行业网络化制造系统结构深圳模具行业网络化制造系
22、统结构该该系系统统可可实实现现深深圳圳市市内内不不同同地地区区之之间间共共享享三三维维CADCAD设设计计资资源源、快快速速原原型型制制造造资资源源、模模具具设设备备加加工工资资源源、技技术术人人才资源才资源等方面。等方面。3.10.3 3.10.3 案例案例案例案例：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具：重庆华洋与深圳模具NMNM的应用的应用的应用的应用21/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.10END3.10END22/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.11.1 IM的的发展发展3.11.
23、2 IM的原理的原理3.11.3 案例：案例：分布式网络化分布式网络化IMS 3.11 3.11 3.11 3.11 智能制造（智能制造（智能制造（智能制造（IMIMIMIM）23/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统智能制造（智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）3.11.1 IM3.11.1 IM的发展的发展的发展的发展传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术，发展一种新型的制造系统，这便是由
24、智能制造技术（Intelligent Manufacturing Technology，IMT）与智能制造模式（Intelligent Manufacturing Mode，IMM）构成的智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，IMS）。1988年美国出版了制造智能专著。1990年日本政府倡导并于1992年试行“智能制造系统国际合作研究计划JIRPIMS”，JIRPIMS基于阶段性多边国际合作协议，于1995 年开始运作，第一阶段预计为10年。24/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统 IMS计划自实施以来，据2003年
25、统计，已完成大型项目13个，正在执行的项目20个，投入资金约3亿美元，共有200家大型企业、120家中小企业和220家科研机构参与。其中欧盟参与机构最多，所占比例为43%，其余依次为日本21%，美国13%，瑞士9%，澳大利亚6%，加拿大和韩国各为4%。从项目研究领域分布来看，产品全生命周期领域项目占37%；生产项目占31%；战略、规划、设计工具技术主题项目占14%；人力、组织、社会领域项目占6%；虚拟、扩张企业领域项目占12%。3.11.1 IM3.11.1 IM的发展的发展的发展的发展25/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统集成化离不开智能化 机器智能化比
26、较灵活 智能化的经济效益较高 专业人材的缺乏和专门知识的短缺 工厂生产率的提高更多地取决于生产管理和生产自动化 IMS在世界各国得到大力发展的深层次原因有：3.11.1 IM3.11.1 IM的发展的发展的发展的发展26/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统1.IM1.IM的定义的定义 2.IM2.IM的特征的特征 3.IM3.IM的结构体系的结构体系 4.IM4.IM的关键技术的关键技术 5.IM5.IM的研究热点的研究热点 3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理27/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系
27、统3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理1.IM1.IM的定义的定义 定定义义一一 智智能能制制造造（IMIM）是是将将人人工工智智能能融融合合进进制制造造系系统统的的各各个个环环节节中中，通通过过模模拟拟专专家家的的智智能能活活动动，取取代代或或延延伸伸制制造环境中应由专家来完成的那部分活动。造环境中应由专家来完成的那部分活动。定定义义二二 智智能能制制造造系系统统（IMSIMS）是是一一种种在在整整个个制制造造过过程程中中贯贯穿穿智智能能活活动动，并并将将这这种种智智能能活活动动与与智智能能机机器器有有机机融融合合，将将整整个个制制造造过过程程从从订订货货、产产品品设
28、设计计、生生产产到到市市场场销销售售等等各各个个环环节节以以柔柔性性方方式式集集成成起起来来的的能能发发挥挥最最大大生生产产力力的的先先进进生生产系统（产系统（JIRPIMSJIRPIMS）。）。28/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理定定义义三三：智智能能制制造造系系统统是是一一种种由由智智能能机机器器和和人人类类专专家家共共同同组组成成的的人人机机一一体体化化智智能能系系统统。它它在在制制造造过过程程中中借借助助计计算算机机模模拟拟人人类类专专家家的的智智能能活活动动进进行行分分析析、推推理理、
29、判判断断、构构思思和和决决策策等等，并并收收集集、存存贮、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。贮、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。1.IM1.IM的定义的定义 29/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统IM作为一种新的制造模式，能够取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。与传统的制造系统相比，IMS具有以下特征：自自组组织织能能力力：指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务以后，该结构随即自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。3.11.2 IM3.
30、11.2 IM的原理的原理的原理的原理2.IM2.IM的特征的特征 30/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统自自律律能能力力：IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。自自学学习习能能力力：IMS能以原有专家知识为基础，在实践中，不断进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。自自适适应应能能力力：能够随时发现错误或预测错误的发生并改正或预防之；系统具有应付外界突发事件的能力；能够自动调整自身参数来适应外部环境，使
31、自己始终运行在最佳状态下。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理2.IM2.IM的特征的特征 31/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统整整个个制制造造环环境境的的智智能能集集成成：IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定问题的“智能化孤岛”的根本区别。IMS涵盖了产品的市场、开发、制造、服务与管理整个过程，把它们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理2.IM2.IM的特征的特征 32/79第第 3
32、章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统IMS结构体系尚处于研究阶段。下面从智能组成和系统结构两方面来探讨：智能组成：IMS是一个复杂的智能系统，它是由各种智能子系统按层次递阶组成，构成智能递阶层次模型。该 模 型 最 基 本 的 结 构 称 为 元 智 能 系 统（Meta-Intelligent System，M-IS）。其结构大致分为如下三级：学习维护级学习维护级 决策组织级决策组织级 调度执行级调度执行级 3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理3.IM3.IM的结构体系的结构体系 33/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代
33、制造系统系统结构系统结构 未来未来IMSIMS应为应为分布式自主制造系统分布式自主制造系统（Distributed Autonomous Manufacturing SystemDistributed Autonomous Manufacturing System）。）。该系统由若干个该系统由若干个智能代理智能代理（Intelligent AgentIntelligent Agent）组成。组成。根根据据生生产产任任务务细细化化层层次次的的不不同同，智智能能代代理理可可分分为为不不同同的的级级别别。如如一一个个智智能能车车间间可可称称为为一一个个代代理理，它它调调度度管管理理车车间间的的加加工
34、工设设备备，它它以以车车间间级级代代理理身身份份参参与与整整个个生生产产活活动动；同同时时对对于于一一个个智智能能车车间间而而言言，它它们们直直接接承承担担加加工工任任务务。无无论论哪哪一一级级别别的的代代理理，它它与与上上层层控控制制系系统统之之间间通通过过网网络络实实现现信信息息的的联联接接，各各智智能加工设备之间通过自动引导小车（能加工设备之间通过自动引导小车（AGVAGV）实现物质传递。实现物质传递。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理3.IM3.IM的结构体系的结构体系 34/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统人工智能技术人
35、工智能技术 IMS的目标是用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。在现阶段IMS中的智能主要是人（各领域专家）的智能。但随着人们对生命科学研究的深入，人工智能技术一定会有新的突破，最终在IMS中取代人脑进行智能活动，将IMS推向更高阶段。并行工程（并行工程（CECE）CE是一种重要的制造模式，应用于IMS中，将最大限度地减少产品设计的盲目性和设计的重复性。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理4.IM4.IM的关键技术的关键技术 35/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统虚拟制造
36、（虚拟制造（VMVM）技术技术 它可以在产品设计阶段就模拟出该产品的全生命周期，从而更有效、更经济、更灵活地组织生产，达到产品开发周期最短，产品成本最低，产品质量最优，生产效率最高的目的。VM技术应用于IMS，为CE的实施提供了必要条件。信息网络技术信息网络技术 信息网络技术是制造过程的系统和各个环节智能集成化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。因此，它在IMS研究和实施中占有重要地位。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理4.IM4.IM的关键技术的关键技术 36/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统 即搜集与理解环境信息和自身
37、的信息并进行分析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。人机一体化人机一体化 IMS人机一体化智能系统，是一种混合智能。突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥人的潜能，使人机之间达到一种相互“理解”与协作的关系，使二者在不同层次上各显其能，相辅相成。自组织与超柔性自组织与超柔性 IMS中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，其柔性表现在运行方式上和结构形式上。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理自律能力构筑自律能力构筑 4.IM4.IM的关键技术的关键技术 37/79第第 3 章章 先进制造
38、模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统制造知识的结构及其表达，大型制造领域知识库，制造知识的结构及其表达，大型制造领域知识库，适用于制造领域的形式语言、语义学；适用于制造领域的形式语言、语义学；计算智能在设计与制造领域中的应用，计算智能在设计与制造领域中的应用，计计算算智智能能是是一一门门新新兴兴的的与与符符号号化化人人工工智智能能相相对对应应的的人人工工智智能能技技术术，主主要要包包括括人人工工神神经经网网络络、模模糊糊逻逻辑辑、遗遗传算法等方法；传算法等方法；制造信息模型（产品模型、资源模型、过程模型）；制造信息模型（产品模型、资源模型、过程模型）；特征分析、特征空间的数学结构；特征分
39、析、特征空间的数学结构；智能设计与并行设计；智能设计与并行设计；制造工程中的计量信息学；制造工程中的计量信息学；3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理5.IM5.IM的研究热点的研究热点 38/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统具有自律能力的制造设备；具有自律能力的制造设备；通信协议和信息网络技术；通信协议和信息网络技术；推理、论证、预测及高级决策支持系统，推理、论证、预测及高级决策支持系统，面向加工车间的分布式决策支持系统；面向加工车间的分布式决策支持系统；车间加工过程的智能监视、诊断、补偿和控制；车间加工过程的智能监视、诊断、补偿和
40、控制；敏捷技术和虚拟制造；敏捷技术和虚拟制造；生产过程的智能调度、规划、仿真与优化等。生产过程的智能调度、规划、仿真与优化等。3.11.2 IM3.11.2 IM的原理的原理的原理的原理5.IM5.IM的研究热点的研究热点 39/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本原理的基本原理 分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本构架的基本构架分布式网络化分布式网络化IMSIMS的运作的运作 3.11.3 3.11.3 案例：案例：案例：案例：分布式网络化分布式网络化分布式网络化分布式网络化IMSIMS 40/79第第 3 章
41、章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本原理的基本原理 从IMS的本质特征出发，在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基本思想，应用分布式人工智能中多智能代理（Multi-agent）系统的理论与方法，实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。根据分布系统的同构特征，在IMS的一种局域实现形式基础上，实际也反映了基于Internet的全球制造网络环境下IMS的实现模式。3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS41/79第第 3 章章 先进制造模式
42、先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本构架的基本构架 IMS的本质特征是个体制造单元的“自主性”与系统整体的“自组织能力”，其基本格局是分布式多自主体智能系统。分布式网络化IMS的基本构架见图3-42。3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS42/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q 分分布布式式网网络络化化IMSIMS的的基基本本构构架架 图图3-42 分布式网络化分布式网络化IMS的基本构架的基本构架3.11.3 3.11.3 案例：分布式
43、网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS43/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统图图3-43 分布式网络化分布式网络化IMS原型系统原型系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本构架的基本构架分分布布式式网网络络化化原原型型系系统统由由四个节点四个节点组成。组成。（图（图3-433-43）系统经理系统经理节点节点任务规划节点任务规划节点设计者节点设计者节点生产者节点生产者节点3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS44/79第第 3 章章 先进制造模
44、式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的基本构架的基本构架任任务务规规划划节节点点：由任务经理和它的代理（任务Agent）组成，其主要功能是对从网上获取的任务进行规划，分解成若干子任务，然后通过招标投标方式将这些任务分配个各个结点。设设计计者者节节点点：由CAD工具和它的代理（设计Agent）组成，它提供一个良好的人机界面以使设计者能有效地和计算机进行交互，共同完成设计任务。生生产产者者节节点点：实际是该项目研究开发的一个IMC（智能加工中心），包括加工中心和它的网络代理（机床Agent）。3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化
45、案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS系统经理系统经理节点节点：包括数据库服务器和系统代理（Agent）两个数据库服务器。负责管理整个全局数据库和该系统在网络上与外部的交互。45/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的运作的运作 在该系统运作时，每个结点必须通过网络注册，成为系统正式成员并获得相应权限，只有如此，系统中各个结点可进行协作以共同完成系统任务。系统的运作过程如下：网络的任一用户都可以通过访问该系统的主页获得该系统的相关信息，还可通过填写和提交系统主页所提供的用户定单登记表来向该系统发出定单。3.11.
46、3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS46/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的运作的运作 如果接到并接受网络用户的定单，Agent就将其存入全局数据库，任务规划结点可以从中取出该定单，进行任务规划，将该任务分解成若干子任务，将这些任务分配给系统上获得权限的节点。产品设计子任务被分配给设计者节节点，该节节点通过良好的人机交互完成产品设计子任务，生成相应的CAD/CAPP数据和文档以及数控代码，并将这些数据和文档存入全局数据库，最后向任务规划节节点提交该子任务
47、。3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS47/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统q分布式网络化分布式网络化IMSIMS的运作的运作 加工子任务被分配给生产者节点；一旦该子任务被生产者节点接受，机床Agent将被允许从全局数据库读取必要的数据，并将这些数据传给加工中心，加工中心则根据这些数据和命令完成加工子任务，并将运行状态信息送给机床Agent，机床Agent向任务规划节点返回结果，提交该子任务。在系统的整个运行期间，系统Agent都对系统中的各个节点间的交互活动进行记录，如消息的收发
48、，对全局数据库进行数据的读写，查询各结点的名字、类型、地址、能力及任务完成情况等。网络客户可以了解订单执行的结果。3.11.3 3.11.3 案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化案例：分布式网络化IMSIMS48/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.11 END3.11 END49/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.12.1 CE、CIM、AM与与VM的比较的比较3.12.2 CE、IM与与CIM的比较的比较 3.12.3 DM、FM与与RM的比较的比较 3.12.4 AM、MP与与LP的比较的比较
49、 3.12.5 我国实施先进制造模式的要点我国实施先进制造模式的要点 3.12 3.12 3.12 3.12 几种制造模式的比较几种制造模式的比较几种制造模式的比较几种制造模式的比较50/79第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.12.1 CE3.12.1 CE、CIMCIM、AMAM与与与与VMVM的比较的比较的比较的比较1.1.并行工程并行工程CECE与虚拟制造与虚拟制造VMVM2.2.计算机集成制造计算机集成制造CIMCIM与虚拟制造与虚拟制造VM VM 3.3.敏捷制造敏捷制造AMAM与虚拟制造与虚拟制造VM VM 51/79第第 3 章章 先进制造模式
50、先进制造模式 现代制造系统现代制造系统3.12.1 CE3.12.1 CE、CIMCIM、AMAM与与与与VMVM的比较的比较的比较的比较1.1.并行工程并行工程CECE与虚拟制造与虚拟制造VMVM VMVM为制造系统提供了一种信息上的基础结构，为制造系统提供了一种信息上的基础结构，以这种基础结构所形成的环境，可在任何时空需以这种基础结构所形成的环境，可在任何时空需要时提供所需的信息和知识，并在产品生命周期要时提供所需的信息和知识，并在产品生命周期的各个阶段通过计算机仿真进行评价和决策；同的各个阶段通过计算机仿真进行评价和决策；同时使得采用不同的方法来组织产品从设计到生产时使得采用不同的方法来